قد يكون مشهد السلسلة فكرة رائعة مليئة بالإمكانات النظرية ، لكنها لا تتنبأ بأي شيء يمكننا ملاحظته في عالمنا. إن فكرة الجمال هذه ، بدافع من حل المشكلات

هل تهدر الفيزياء النظرية أفضل عقولنا الحية على هذا الهراء؟

لا يوجد شيء مثل النظرية التي تكون جميلة للغاية بحيث لا تكون مخطئة ، إذا لم تتفق مع التجربة.

إن تاريخ الفيزياء مليء بالأفكار العظيمة التي سمعت عنها ، مثل النموذج القياسي ، الانفجار الكبير ، النسبية العامة ، وما إلى ذلك. لكنها مليئة بالأفكار الرائعة التي ربما لم تسمع بها ، مثل نموذج ساكاتا ، نظرية تكنيكولور ، نموذج الحالة الثابتة. وعلم الكونيات البلازما. اليوم ، لدينا نظريات عصرية للغاية ، ولكن دون أي دليل عليها: التماثل الفائق ، والتوحيد الكبير ، ونظرية الأوتار ، والكون المتعدد.

بسبب الطريقة التي يتم بها هيكلة الحقل ، غارقًا في سلسلة من الأفكار ، غالبًا ما تكون المهن في الفيزياء النظرية عالية الطاقة التي تركز على هذه الموضوعات ناجحة. من ناحية أخرى ، اختيار مواضيع أخرى يعني الذهاب وحدها. كانت فكرة "الجمال" أو "الطبيعة" مبدأً توجيهيًا في الفيزياء لفترة طويلة ، وقد قادتنا إلى هذه النقطة. في كتابها الجديد ، Lost In Math ، تجادل سابين هوسنفيلدر بشكل مقنع بأن الاستمرار في الالتزام بهذا المبدأ هو بالضبط ما يدفعنا إلى الضلال.

يتناول الكتاب الجديد ، Lost In Math ، بعض الأفكار الكبيرة بشكل لا يصدق ، بما في ذلك فكرة أن الفيزياء النظرية غارقة في التفكير الجماعي وعدم القدرة على مواجهة أفكارها مع ضوء الواقع القاسي ، الذي لا يقدم (حتى الآن) أي دليل يدعمها. . (سابين حسينفلدر / كتب أساسية)

تخيل أنك حصلت على مشكلة افتراضية تتمثل في اختيار ملياريري من قائمة ، وتقدير الفرق في صافي ثرواتهم. تخيل أنها مجهولة ، وأنك لا تعرف أي منها يستحق أكثر من ذلك ، أو من حيث تصنيفها في قائمة المليارديرات من فوربس ، أو كم من الجائزتين في الوقت الحالي.

يمكننا أن نسمي الأول الأول ألف والثاني باء والفرق بينهما جيم ، حيث A - B = C. حتى من دون أي معرفة أخرى عنهم ، هناك شيء واحد مهم يمكنك ذكره حول C: من غير المرجح أن سيكون أصغر بكثير من A أو B. بمعنى آخر ، إذا كانت كل من A و B كلاهما بمليارات الدولارات ، فمن المحتمل أن C ستكون بالمليارات ، أو على الأقل بمئات الملايين.

عندما يكون لديك رقمان كبيران ، بشكل عام ، وتاخذان الفرق بينهما ، سيكون الفرق بنفس حجم الأعداد الأصلية المعنية. (E. سيجل / بيانات من فوربس)

على سبيل المثال ، قد يكون A هو Pat Stryker (رقم 703 في القائمة) ، يستحق ، دعنا نقول ، 3،592،327،960 دولار. وقد يكون B هو David Geffen (# 190) ، بقيمة 8،467،103،235 دولار. الفرق بينهما ، أو A - B ، هو - 4،874،775،275 دولار. لدى C تسديدة 50/50 لكونها إيجابية أو سلبية ، لكن في معظم الحالات ، ستكون من نفس الحجم (ضمن عامل 10 أو نحو ذلك) لكل من Aand B.

لكن ذلك لن يكون دائمًا. على سبيل المثال ، تبلغ قيمة المليارديرات الأكثر من 2200 مليار في العالم أقل من ملياري دولار ، وهناك المئات تتراوح قيمتها بين مليار دولار و 1.2 مليار دولار. إذا صادفت اختيار اثنين منهم عشوائياً ، فلن يفاجئك هذا الأمر بشكل رهيب إذا كان الفارق في صافي ثروتها لا يتجاوز عشرات الملايين من الدولارات.

يناقش رواد الأعمال تايلر وينكليفوس وكاميرون وينكليفوس البيتكوين مع ماريا بارترومو في استوديوهات FOX في 11 ديسمبر 2017. أول

ومع ذلك ، قد يفاجئك إذا كان الفرق بينهما بضعة آلاف من الدولارات ، أو كان صفرًا. "كيف مستبعد ،" كنت تعتقد. لكن قد لا يكون كل ذلك بعيد الاحتمال.

بعد كل شيء ، لا تعرف المليارديرات الذين كانوا على قائمتك. هل ستصاب بالصدمة عندما تتعلم أن توأمتين وينكليفوس - كاميرون وتايلر ، أول ملياردير من بيتكوين - لديهما صافي ثروات متطابقة؟ أم أن الأخوين كوليسون ، باتريك وجون (مؤسسي شريط) ، كانا يستحقان نفس المبلغ في حدود بضع مئات من الدولارات؟

لا. هذا لن يكون مفاجئًا ، وسيكشف حقيقة عن الأعداد الكبيرة: بشكل عام إذا كانت A كبيرة و B كبيرة ، فإن A - B ستكون أيضًا كبيرة ... لكن لن يكون هناك سبب لوجود A وباء قريبان جدا معا. إن توزيع المليارديرات ليس عشوائيًا تمامًا ، كما ترى ، ولذا قد يكون هناك بعض الأسباب الكامنة وراء وجود علاقة بين هذين الأمرين غير المرتبطين. (في حالة Collisons أو Winklevosses ، حرفيًا!)

كتل الكواركات و اللبتونات من النموذج القياسي. أثقل جسيم نموذج قياسي هو الكوارك العلوي ؛ أخف غير النيوترينو هو الإلكترون. تكون النيوتريونات نفسها أخف بمقدار 4 ملايين مرة على الأقل من الإلكترون: فرق أكبر من الموجود بين جميع الجسيمات الأخرى. على طول الطريق في الطرف الآخر من المقياس ، يحوم مقياس بلانك في مقدمة 10¹⁹ GeV.Hitoshi Murayama من http://hitoshi.berkeley.edu/)

هذه الخاصية نفسها صحيحة في الفيزياء. الإلكترون ، وهو أخف جسيم يتكون الذرات التي نجدها على الأرض ، هو أكثر من 300000 مرة أقل كتلة من الكوارك العلوي ، أثقل جسيم نموذج قياسي. تكون النيوتريونات أخف بمقدار أربعة ملايين مرة على الأقل من الإلكترون ، في حين أن كتلة بلانك - ما يسمى مقياس الطاقة "الطبيعي" للكون - تزيد بحوالي 10 أضعاف (أو 100،000.000.000.000.000) أضعاف وزن الكوارك العلوي.

إذا لم تكن على علم بأي سبب أساسي وراء اختلاف هذه الجماهير ، فستفترض وجود سبب ما لذلك. وربما هناك واحد. يُعرف هذا النوع من التفكير بحجة صقل أو "طبيعية". في أبسط صوره ، ينص على أنه يجب أن يكون هناك نوع من التفسير المادي لماذا يجب أن تحتوي مكونات الكون ذات الخصائص المختلفة جدًا على تلك الاختلافات بينهما.

عندما تتم استعادة التماثلات (في الجزء العلوي من الإمكانات) ، يحدث التوحيد. ومع ذلك ، فإن كسر التماثلات ، في أسفل التل ، يتوافق مع الكون الموجود لدينا اليوم ، مع استكمال أنواع جديدة من الجزيئات الضخمة. على الأقل ، لبعض التطبيقات. (لويس ألفاريز-غومي وجون إليس ، فيزياء الطبيعة 7 ، 2-3 (2011))

في القرن العشرين ، استخدم الفيزيائيون حجج الطبيعة لتأثير كبير. تتمثل إحدى الطرق لشرح الاختلافات الكبيرة في الحجم في فرض التماثل على الطاقات العالية ، ثم دراسة عواقب كسرها بأقل طاقة. ظهر عدد من الأفكار العظيمة من هذا المنطق ، خاصة في مجال فيزياء الجسيمات. نشأت بوزونات المقياس في قوة الضعيف الكهربائي من هذا الخط من التفكير ، كما فعلت آلية هيغز ، وكما تم تأكيدها قبل بضع سنوات فقط ، هي بوز هيجنز. تم بناء النموذج القياسي بأكمله على هذه الأنواع من التماثل والحجج الطبيعية ، وحدث أن الطبيعة تتفق مع أفضل نظرياتنا.

تم الآن اكتشاف جزيئات وجسيمات النموذج القياسي جميعها بشكل مباشر ، حيث سقطت هيغز بوسون في آخر عقد من هذا العقد ، حيث سقطت هيغز بوسون في محطة LHC. (E. سيجل / وراء المجرة)

نجاح كبير آخر كان التضخم الكوني. كان الكون بحاجة إلى ضبطه جيدًا بدرجة كبيرة في المراحل المبكرة لإنتاج الكون الذي نراه اليوم. يجب أن يكون التوازن بين معدل التمدد والانحناء المكاني وكمية المادة والطاقة في داخله استثنائياً ؛ يبدو أنه غير طبيعي. كان التضخم الكوني آلية مقترحة لتفسير ذلك ، ومنذ ذلك الحين أكد العديد من توقعاته ، مثل:

  • طيف واسع النطاق تقلبات ،
  • وجود كثرة الأفق الخارق وعيوبه ،
  • مع عيوب الكثافة التي هي ثابت في الطبيعة ،
  • والحد الأعلى لدرجة الحرارة التي تم التوصل إليها في وقت مبكر ، بعد الانفجار الكبير الكون.
تتقلب التقلبات الكمية التي تحدث أثناء التضخم في جميع أنحاء الكون ، وعندما ينتهي التضخم ، تصبح تقلبات الكثافة. وهذا يؤدي ، مع مرور الوقت ، إلى الهيكل واسع النطاق في الكون اليوم ، وكذلك التقلبات في درجة الحرارة التي لوحظت في CMB. (E. Siegel ، مع الصور المستمدة من ESA / Planck وفرقة العمل المشتركة بين الوكالات التابعة ل DoE / NASA / NSF حول أبحاث CMB)

ولكن على الرغم من النجاحات التي حققتها هذه الحجج الطبيعية ، فإنها لا تؤتي ثمارها دائمًا.

هناك كمية صغيرة بشكل غير طبيعي من انتهاك CP في الانحطاطات القوية. الحل المقترح (تناسق جديد يُعرف باسم تناظر Peccei-Quinn) لم يتم تأكيد أي من توقعاته الجديدة. كان الاختلاف في مقياس الكتلة بين أثقل الجسيمات ومقياس بلانك (مشكلة التسلسل الهرمي) هو الدافع وراء التناظر الفائق ؛ مرة أخرى ، لقد تم تأكيد صفر من توقعاتها. أدى عدم طبيعية النموذج القياسي إلى تماثلات جديدة في شكل التوحيد الكبير ، ومؤخرًا ، نظرية الأوتار ، والتي (مرة أخرى) لم تؤكد أي من توقعاتها. وقد أدت القيمة المنخفضة بشكل غير طبيعي للصفر الثابت للكون الكوني إلى تنبؤات بنوع معين من الأكوان المتعددة التي لا يمكن حتى اختبارها. هذا أيضًا ، بالطبع ، غير مؤكد.

جزيئات النموذج القياسي ونظائرها الفائقة التناظر. تم اكتشاف ما يقل قليلاً عن 50٪ من هذه الجزيئات ، ولم يظهر أكثر من 50٪ منها أي أثر لوجودها. في أعقاب التشغيلين I و II في LHC ، تم اختفاء جزء كبير من مساحة المعلمة المهمة لـ SUSY ، بما في ذلك أبسط الإصدارات التي تلبي معايير

ومع ذلك ، على عكس الماضي ، لا تزال هذه الطرق المسدودة تمثل الحقول التي يتجمع فيها كبار علماء النظريات والتجارب. تستمر هذه الأزقة العمياء ، التي لم تؤت ثمارها منذ جيلين من علماء الفيزياء ، في جذب التمويل والاهتمام ، على الرغم من احتمال فصلها عن الواقع تمامًا. في كتابها الجديد "Lost In Math" ، تواجه سابين هوسنفيلدر ببراعة هذه الأزمة مباشرة ، حيث أجرت مقابلات مع علماء التيار الرئيسي والحائزين على جائزة نوبل ومعارضين (من غير الكراكوت) على حد سواء. يمكنك أن تشعر بالإحباط الذي تشعر به ، وكذلك يأس العديد من الأشخاص الذين تتحدث معهم. يجيب الكتاب على سؤال "هل تركنا بالتمني ما هي الأسرار التي تحملها سحابة حكمنا؟" مع "نعم" مدوية.

قد يؤدي عدم التماثل بين البوزونات والمضادات البوزونية الشائعة للنظريات الموحدة الكبرى مثل توحيد SU (5) إلى عدم تناسق أساسي بين المادة والمادة المضادة ، على غرار ما نلاحظه في عالمنا. ومع ذلك ، فإن الثبات التجريبي للبروتون يستبعد أبسط سوائل الـ SU (5). (إي سيجل)

الكتاب عبارة عن قراءة متعمقة ومثيرة للتفكير من شأنها أن تجعل أي شخص معقول في هذا المجال لا يزال قادرًا على التأمل يشك في نفسه. لا أحد يحب مواجهة احتمال أن يضيع حياته في مطاردة فكرة خيالية ، ولكن هذا ما يدور حوله المنظِّر. ترى بضع قطع من اللغز غير المكتمل وتخمين الصورة الكاملة حقًا ؛ في معظم الأوقات ، أنت مخطئ. ربما ، في هذه الحالات ، كانت كل توقعاتنا خاطئة. في تبادل بلدي المفضل ، أجرت مقابلات مع ستيفن وينبرغ ، الذي يعتمد على خبرته الواسعة في الفيزياء لشرح السبب في أن الحجج الطبيعية هي أدلة جيدة لعلماء الفيزياء النظرية. لكنه لم يتمكن من إقناعنا إلا أنها كانت أفكارًا جيدة لفئات المشكلات التي نجحت في حلها من قبل. ليس هناك ما يضمن أنهم سيكونون دليلًا جيدًا للمشاكل الحالية ؛ في الواقع ، لم تكن واضحة.

إسقاط ثنائي الأبعاد لمشعب Calabi-Yau ، أحد الأساليب الشائعة لضغط الأبعاد الإضافية غير المرغوب فيها لنظرية الأوتار. يقول تخمين Maldacena أن الفضاء المضاد لـ de Sitter هو رياضيات نظريات الحقل المطابق في بعد واحد أقل. هذا قد لا يحمل أي صلة لفيزياء الكون لدينا. (غداء مستخدم ويكيميديا ​​كومنز)

إذا كنت فيزيائيًا في الجسيمات النظرية أو منظريًا في الأوتار أو عالمًا في علم الظواهر - خاصة إذا كنت تعاني من تنافر إدراكي - فلن يعجبك هذا الكتاب. إذا كنت مؤمنًا حقيقيًا بالطبيعة كضوء توجيهي للفيزياء النظرية ، فإن هذا الكتاب سيثير غضبك بشدة. ولكن إذا كنت شخصًا لا يخاف من طرح هذا السؤال الكبير المتمثل في "هل نفعل كل شيء على نحو خاطئ" ، فقد تكون الإجابة "نعم" كبيرة وغير مريحة. أولئك منا الذين هم علماء فيزيائيون فكريًا كانوا يعيشون مع هذا الانزعاج لعدة عقود الآن. في كتاب سابين ، Lost In Math ، أصبح هذا الانزعاج متاحًا لنا الآن.

* - الإفصاح الكامل: تلقى إيثان سيجل نسخة مراجعة من فيلم Lost In Math بدون مقابل.

يبدأ تطبيق "يبدأ بـ A Bang" الآن على "فوربس" ، ويتم إعادة نشره على "متوسط" بفضل أنصار باتريون لدينا. قام إيثان بتأليف كتابين ، "وراء المجرة" ، وعلم Treknology: "علم ستار تريك" من "ترايكردز" إلى "وارب درايف".